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地球年龄到底有多大?不同领域的科学家都吵翻了

作者:drake | 分类:热点资讯 | 浏览:4 | 日期:2022年09月20日

当你在仰望星空时,有人已经在丈量脚下的大地。

你有没有思考过?地球为什么长这个样子?换句话说,就是地球的起源。

地球年龄到底有多大?不同领域的科学家都吵翻了

有地质学家认为,地球现在的模样是不断发大水的结果,洪水上上下下地冲刷,海平面涨起又落下,长年累月,就有了丘陵和低谷。这种由水造就地貌的说法,被后来人称为“水成论”。


有人认为地貌的形成跟洪水无关,而是火山爆发和地震造成的,这种说法被称为“火成论”。俗话说水火不相容,这两派的科学家为此无休止地争论了很多年。


那到底谁说的对呢?18世纪中期,英国地质学家詹姆斯·赫顿在观察农田的时候,发现洪水不断冲刷的结果,是把大石头粉碎成小砂砾,然后一层一层堆积起来。假如地球真的是被洪水冲刷成今天的样子,恐怕要比现在光滑得多。所以,一定有另一种力量让地表变得崎岖不平,最终形成高山和丘陵。照这么看,“火成论”更有可能。


此时关于地球如何形成的问题,也从“水成论”和“火成论”之争,变成了“灾变”还是“均变”的争论。

“灾变”是说,地球经历过无数巨大的灾害,每一次都会彻底改变地球的面貌。相反,“均变”的观点认为,地球的变化非常缓慢,不存在突然而又剧烈的变化。


地质学家查尔斯·莱尔就是“均变”理论的支持者,1830年,他把自己的观点写成了一本书,叫《地质学原理》,莱尔的这本书除了系统性地介绍了地球样貌的变迁,还建立了一套新的地质学纪年法,如寒武纪、白垩纪、侏罗纪这些名词,都是莱尔创造出来的。


有了时间的划分方法,关键问题就来了:地球的年龄有多大?


1.地球年龄之谜


最早尝试解谜的是法国人乔治-路易·勒克莱尔,在18世纪70年代,他通过模拟地球的散热方式,利用总的散热量来推算地球的年龄。根据他的算法,地球的年龄在7.5万-16.8万年之间。


咱们现在认为,地球的年龄大约是45亿年,与勒克莱尔的数据真是差了十万八千里。


到了19世纪中期,搞科研的人越来越多,也就有越来越多的人质疑勒克莱尔的结果,比如达尔文认为,苏格兰的维尔德地区起码需要3亿年才能变成今天的模样。

开尔文勋爵

大家你争我吵没个结论,这时候,一个学术界的大牛——英国物理学家开尔文突然关注起了这个问题。开尔文是热力学的开创者之一。根据热力学第二定律,地球、太阳乃至整个宇宙都处在一种热量耗散的过程中。

按照这个理论,地球在诞生之初是一个高热量的岩浆球,其温度随着时间不断降低,直到将热量完全耗散掉变得彻底冰冷死寂。这样一来,只要我们知道了地球的初始温度(也就是岩浆的温度)、岩层的导热系数以及地温梯度,就能根据公式计算出地球的年龄。

他算出来地球只有2400万年。

然而,根据当时出土的一些化石,这些化石的年龄可比两千万年久远多了。


化石对我们了解地球的过去非常重要。它不仅交代了地球本身的变化,还包含了大量生物的信息。如果说普通的石头只能吸引地质学家的注意,那么面对神奇的化石,生物学家们也忍不住参与进来。


2.恐龙化石横空出世


1787年,有人在美国新泽西州发现了第一块化石。现在看来,那块化石应该属于一种叫鸭嘴龙的恐龙,但在当时,没人知道世界上居然还有恐龙这种生物,科学家只知道这骨头大得吓人,却实在找不到其他线索。


随着越来越多的化石出土,法国古生物学家乔治·居维叶第一次提出了“生物灭绝”的存在。随着时间的流逝,会有一些物种发生灭绝。

无独有偶,英国一个建筑工地的年轻监工威廉·史密斯也得出了类似的结论。史密斯认为,化石在岩层中有着特定的位置。根据岩石层的位置,就能推断出化石的年龄。他的观点给岩石年份的测量提供了重要依据,也间接证明了灭绝的存在,而且不止一次的大灭绝。


1822年,有一天,乡村医生曼特尔在路边捡到了一颗奇怪的“石子”,经曼特尔辨认,它好像是某种动物的牙齿化石。他尝试着根据牙齿还原动物的样子,结果把自己吓了一跳:假如这种动物真的存在,那应该是一种生活在白垩纪,身长几十米的巨型食草动物。怎么可能有这种东西?

曼特尔赶紧跟好基友巴特兰牧师说了这件事,巴特兰说,这事儿了不得,你可千万别乱说。于是,曼特尔拿着这颗大牙四处去找大牛们求助,却碰了一身钉子。名噪一时的权威居维叶看了一眼说,不就是个河马牙嘛!


曼特尔不死心,又把化石拿去伦敦博物馆,一个工作人员看了看说,是化石,但和蜥蜴有点像,你要非说是新动物,就把它叫做“禽龙”。

禽龙

曼特尔没想到的是,他前脚刚去伦敦,巴特兰后脚就找到了新的恐龙化石。这个巴特兰特别有心机,嘴上叫曼特尔小心谨慎,等自己找到化石的时候,却二话不说直接发表了文章,他发现的恐龙被命名为斑龙。


虽然曼特尔先发现了恐龙化石,但“第一个恐龙化石发现者”的名号却被巴特兰抢走了。


到了20世纪,大量化石相继出土。这么多的化石,让古生物学家们很头疼,更要命的是,这些化石的年龄远远超出了人们对地球年龄的估计。这可怎么办呢?


3.化学元素发现之旅


就在人们纠结地球的真实年龄的时候,英国科学家卢瑟福站了出来,他用无可辩驳的证据,向人们展示了地球到底有多古老。


不过在说卢瑟福之前,我们先聊聊另一个基础学科——化学的发展。如果说地质学是在一个比较大的尺度探究地球是什么,那化学就是从更小的尺度上回答这个问题。地质学家能说出这块石头有多少层,而化学家能说出每一层里包含什么元素。

这些元素是怎么发现的呢?其实一开始,很多都是在乱七八糟的实验中偶然得到的。那些撞大运的主要是炼金术士。


举个例子,1675年,一个叫恒内希·布兰德的德国人冒出了一个奇怪的想法:可以从人尿里提炼出黄金!捣腾了几个月,布兰德还真得到了点什么东西——别想多了,并不是金子,而是白磷。


所以,人们最早对化学的认识,都是拜布兰德之类的炼金术士所赐。随着波义耳和牛顿这些科学界的大牛纷纷加入炼金行列,炼金术的发展越来越快,发现的元素越来越多,炼金术的科学比重也越来越大。再加上普通人开始利用炼金术的副产物促进生产,化学也就慢慢地独立了出来,道尔顿和阿伏伽德罗对原子理论的贡献,更是让这个学科日渐完善。

可是,随着元素越来越多,如何归纳总结成了问题。1869年,俄国化学家德米特里·门捷列夫提出了第一张元素周期表。在此之前,化学元素要么按照原子量排列,要么按照跟氧的亲和能力排列。门捷列夫的元素周期表兼具了两种功能:既按原子量从低到高进行排序,又创造性地把性质类似的元素放在一起。这样一来,不仅能查阅已经存在的元素,还能预测可能存在的新元素,让化学家们的研究方便了不少。


19世纪还给了化学另一个惊喜,那就是放射效应。跟之前炼金发现元素一样,这件事也是偶然。

居里夫人

1896年,法国物理学家亨利·贝克勒尔不小心把一包铀盐放在了抽屉里的底片上,结果吃完饭回来,惊讶地发现底片被烧了一个印子。这是为啥呢?他也不知道,于是吩咐自己的一个博士生,你来搞明白吧!这个博士生叫玛丽·居里,就是大家都知道的居里夫人。


居里夫人那会儿刚跟丈夫皮埃尔结婚,两个人正忙着研究一堆神秘的铀矿石。他们发现这些石头能释放出巨大的能量,但质量不会减少。这件事还没弄明白,导师又给了新的任务,看上去似乎是难上加难,但居里夫人很快意识到,铀矿释放能量跟铀盐烧黑底片,其实是一回事。顺藤摸瓜查下去,她不仅发现了放射效应,还发现了两种新元素,最后拿了两次诺贝尔奖。

卢瑟福

讲完这些知识作铺垫,咱们就可以讲卢瑟福是怎么测地球年龄了。1907年,卢瑟福发现,放射性元素的半数原子核发生衰变,都有一个固定的时间,这个时间叫做半衰期。通过测量放射性物质的半衰期,再分析岩层中矿物质的衰变程度,就可以推算出地球的年龄。


当时,卢瑟福最早发现的矿石半衰期大约在7亿年,这意味着,地球的年龄远比7亿年要长,他估计在10亿年左右。


4.地球的绝对年龄


很可惜的是,卢瑟福又去继续他的核物理研究了,没想去测算地球的年龄。


历史把这个任务交给了C.帕特森。1948年,他在导师H.布朗指导下,在芝加哥大学做关于陨石中铅同位素含量测定和计算的博士论文。


他们假设陨石是太阳系中没能形成较大天体而散落在太空的遗留物,这就意味着,这些陨石是地球的孪生兄弟。只要测出陨石的年龄,就差不多知道地球的年龄了。

1953年,他拿到了来自亚利桑那州巴林杰陨石的样本,立即带到设在芝加哥大学的阿贡国家实验室,那里有世界上最先进的质谱仪。


实测结果很快出来了:45.5±0.7亿年。这就是地球的精确年龄值。1956年,成果发表了,帕特森成为地球上第一个测算出地球“绝对年龄”的人。

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特约撰稿人:西尔维希耶,德国洪堡大学寄生虫学博士。

编辑:凉三

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